說明書一次風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)(詳細宣傳)

TPRIPAMS-dp型鍋爐一次風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)說明書國電熱工研究院電站清潔燃燒國家工程研究中心制粉及燃燒系統(tǒng)研究所

目錄TOC\o"1-3"\h\z1 系統(tǒng)簡介 11.1 概述 11.2 特點 22 工作原理 22.1 技術方案 22.2 工作原理 32.3 防堵探針工作原理 42.4 防堵靜壓測點工作原理 53 系統(tǒng)構成 63.1 硬件 63.1.1 防堵耐磨動壓探針 63.1.2 防堵靜壓測量裝置 63.1.3 熱電偶 63.1.4 微差壓變送器 63.1.5 數據采集板 73.1.6 I/O卡 73.1.7 計算機 73.2 軟件 73.2.1 操作系統(tǒng) 73.2.2 IMP輸入輸出卡接口程序 73.2.3 監(jiān)測程序 74 系統(tǒng)功能 84.1 數據顯示 84.2 通道數據顯示 94.3 歷史數據查詢 94.4 設置標定數據和運行參數 94.5 數據采集板通道設置 94.6 設置密碼 95 技術服務范圍 96 供貨范圍 107 應用 10TPRI國電熱工研究院電站清潔燃燒國家工程研究中心第11頁共10頁系統(tǒng)簡介概述鍋爐在設計時都假設每個燃燒器都燃用條件相同的煤粉氣流，即煤粉濃度、噴口速度、煤粉細度等均相同，以使各燃燒器表現出相同的性能，主要包括著火位置、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、動量、煤粉顆粒燃盡率等參數，保證鍋爐機組的安全、經濟運行。而鍋爐在實際運行中，仍存在一系列問題，如火焰偏斜沖刷爐墻、在靠近爐墻區(qū)域局部還原氣氛強而產生水冷壁局部高溫腐蝕或結焦、熱負荷不均勻、煙氣側和蒸汽側溫度偏差、無法優(yōu)化低NOx運行、飛灰含碳量高等問題，影響機組運行的可靠性和經濟性。造成這些問題的原因固然是多方面的，但大量的經驗表明，燃燒器特別是同臺磨煤機出口煤粉管道對應的燃燒器之間一次風粉分配不均勻是一個重要的原因。根據多年來的測試結果，無論是直吹式制粉系統(tǒng)，還是中儲式制粉系統(tǒng)，一次風粉分配不均勻是普遍存在的問題，以前由于對此沒有可靠的監(jiān)測手段而被忽視。為了實現一次風粉的在線監(jiān)測，多年來國內外都進行了大量的試驗研究工作。我國曾在80年代對氣固兩相流的測試技術作了全面的研究，包括氣力法、溫度法、電容法、激光法、超聲波法、摩擦電極法、柯氏質量流量計等等各種方法。有的單位利用激光測速儀測量氣固兩相流，但適應的固體濃度極小，不適于電站鍋爐中(濃度~0.5kg/kg)應用的要求；有的單位曾對氣力法氣固兩相流測試技術作過改進，利用節(jié)流元件來測量氣固兩相流流量，但尚末進行實際應用的試驗；其他尚包括微波、射線、電磁場等方面的試驗研究。國外早就有氣力法(節(jié)流元件)測量氣固兩相流的報導，但未見實際應用；利用電磁波衰減輻度測量煤粉流量的SWR法，尚在工業(yè)試驗階段；利用含粉氣流通過管道時引起不同方向上磁場訊號的變化關系進行測量的Promecon法，需要在每根據管道安裝5個探頭，不但復雜且成熟程度尚不了解；用掃描式全自動等速取樣裝置進行粉量測量的辦法(W+W法)對于在線監(jiān)測來說并不合適。可見國內、外目前均未有合適的氣固兩相流在線監(jiān)測的手段。在以往的研究成果中，最終投入使用的只有熱工研究院在“六五”期間研究開發(fā)的熱平衡法風粉濃度和速度在線監(jiān)測系統(tǒng)，在熱風送粉的中儲式制粉系統(tǒng)上得到廣泛應用，對鍋爐運行起到了良好的指導作用。其原理是采用煤粉溫度、送粉介質溫度、混合后的溫度、送粉介質的質量以及煤粉和送粉介質的比熱計算得到煤粉的質量。由于其原理上的限制，只能應用于熱風送粉的中間儲倉式制粉系統(tǒng)，無法應用于乏氣送粉的中儲式制粉系統(tǒng)以及各種直吹式制粉系統(tǒng)。因此，熱工研究院集幾十年的試驗室和工業(yè)應用研究經驗，開發(fā)成功一種能適合于任何場合的在線監(jiān)測氣固兩相流氣流流速和濃度的方法及其裝置，稱之為“差壓法”一次風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)。對于中儲式制粉系統(tǒng)，監(jiān)測信號可為運行人員提供給粉機轉速控制的依據，或直接通過閉環(huán)控制系統(tǒng)控制給粉機的轉速。對于直吹式制粉系統(tǒng)，監(jiān)測信號用于雙可調式煤粉分配器調節(jié)的依據，使其一次風粉保持均勻分配。國家電力公司重點科技項目成果可調式煤粉分配器和一次風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)，獲多項國家發(fā)明專利，于2002年11月通過了國家電力公司組織的重點科技項目鑒定，得到了鑒定專家的高度評價，認為該項技術成果具有獨創(chuàng)性，技術指標優(yōu)異，解決了長期困擾國內外煤粉燃燒中直吹式制粉系統(tǒng)存在的風粉不均的難題，技術成果整體上達到了國際領先水平，至今已在多臺300MW機組的直吹式制粉系統(tǒng)上成功應用，使由于煤粉分配偏差造成的爐膛熱偏差明顯降低，結渣問題得到緩解，爆管次數減少，對降低燃煤機組污染物排放量，提高機組運行的安全性和經濟性，具有重要的社會效益和技術經濟效益。特點國電熱工研究院的差壓法一次風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)（ZL01104194.3）所采用的關鍵技術包括防堵耐磨動壓探頭（ZL01104195.1）和防堵靜壓測量裝置（ZL01204135.1），具有獨創(chuàng)性。采用小流量潔凈壓縮空氣連續(xù)吹掃解決了動壓探針和靜壓測量裝置堵塞的問題，采用特殊材料解決了動壓探頭磨損的問題，保證了含塵氣流的流速和粉塵濃度的在線測量準確可靠，該在線監(jiān)測系統(tǒng)技術水平處于國際領先位置。本系統(tǒng)的主要特點如下：測量精度較高，風速測量精度可達±2%，濃度測量精度可達±5%；適用范圍廣，可用于各種輸送粉塵的管道系統(tǒng)；動壓探針和靜壓測量裝置用小流量潔凈氣流連續(xù)吹掃，長期運行無堵塞問題，保證了輸出信號的真實性；一次元件采取特殊防磨措施，長時間運行無磨損問題，保證了輸出信號的真實性；沒有節(jié)流元件，對被測量管道系統(tǒng)不增加阻力；系統(tǒng)沒有活動部件，不易損壞，維護方便；不受粉塵成份變化的影響。工作原理技術方案利用動壓探針測定煤粉管道內某一代表點的動壓，該動壓與管道流速存在某一固定的關系，可通過標定試驗確定；在煤粉管道上選擇兩個代表點，各安裝一個靜壓測點，它們之間的靜壓差與氣流速度、煤粉濃度有固定的關系，可通過標定試驗確定；沉浸在煤粉氣流中的動壓探針具有不間斷小流量潔凈空氣吹掃，防止煤粉堵塞，保證動壓信號真實可靠；安裝在煤粉管道上的靜壓測點具有不間斷小流量潔凈空氣吹掃，防止煤粉堵塞，保證靜壓信號真實可靠；根據可靠測得的動壓和靜壓信號和一系列可測量和標定的幾何量和物理量，可計算出煤粉氣流的速度和煤粉濃度。工作原理采用如圖1所示的系統(tǒng)，采用防堵探針測量氣流的動壓，同時測量一定長度煤粉管道的阻力，計算得出氣流速度和煤粉濃度。一次風粉在線監(jiān)測原理示意圖該方法的原理是：經過精心設計的探針可以防止粉塵堵塞和磨損，且其輸出差壓與氣流速度、粉塵濃度有固定的關系，同樣某一段管道的阻力也與氣流速度和粉塵濃度有關，因此可以通過現場或試驗臺標定和數學模型建立起氣流速度、粉塵濃度與這些壓差信號之間的關系，從而測量出含塵氣流的流量和粉塵濃度。通常，含粉氣流的動壓ΔP1和管道阻力ΔP2與流速w和粉塵濃度的關系為：(1)(2)其中：kkb為防堵探針標定系數，首先在試驗室標定在純空氣下防堵探針的標準系數，在安裝完畢前在管道上標定控制點的差壓對于整個截面的標定系數；并且需要確認帶粉時濃度對防堵探針差壓的影響；k為防堵探針濃度修正系數；為當地氣流密度，kg/m3；w為氣流速度，m/s；為粉塵濃度，kg/kg；L為測量段長度，m；D為測量管道直徑，m；為帶粉時的摩擦阻力系數：(3)k為摩擦阻力濃度修正系數；為純空氣時的摩擦阻力系數為帶粉時的局部阻力系數：(4)k為局部阻力濃度修正系數；為純空氣時的局部阻力系數。將式(3)、(4)帶入式(2)：(5)與純空氣下的管道阻力相比：(6)式(6)中，濃度的系數僅與測量管道的結構有關，將其稱為管段阻力的濃度修正系數。式(6)與式(1)中，對于特定的管道和測量點，各參數均為已知數，測量得控制點的動壓ΔP1和管道阻力ΔP2后，可求出速度和濃度。防堵探針工作原理為了能夠使防堵探針長時間的可靠測量，必須解決兩個問題：磨損和堵塞。磨損可以使用陶瓷、鋼玉等耐磨材料制作保護套管，甚至直接使用這些材料來制作防堵探針；采用噴氣的防堵探針解決堵塞問題，具體思路為：采用壓力高于煤粉管道內靜壓的壓縮空氣，通過穩(wěn)壓的容器后進入防堵探針中的兩支支管中，由于空氣的不斷吹掃，防堵探針頭部不會積粉堵塞；在防堵探針頭部支管上各裝一個靜壓測點，采用這兩點的差壓來代替防堵探針差壓。如圖2所示，防堵探動壓針支管的直徑為d，長度為l，取壓點與出口的距離為l'，兩個支管中，出口端的靜壓分別為p和ps，取壓點的靜壓分別為p1、p2，入口端的靜壓分別為p3和p4，兩個支管中的速度分別為w1和w2，緩沖箱中的壓力為p0，則探針差壓和氣流動壓的關系為：(7)差壓p'與探針頭部所感應到的氣流動壓p成正比的關系，且與緩沖箱中的壓力無關，該比例關系僅取決于系統(tǒng)本身的結構及相關阻力系數。防堵動壓探針工作原理圖防堵靜壓測點工作原理通常，靜壓測量裝置不設置吹掃管，由緩沖容器通過靜壓孔與管道相連，緩沖容器內的壓力等于管道內的靜壓，傳壓管所引出的壓力信號也等于管道內的靜壓。在本系統(tǒng)的靜壓測量裝置中，壓力遠高于管道內靜壓的高壓清潔氣體通過針孔進入緩沖容器內，由于針孔的直徑很小，阻力很大，進入緩沖容器的高壓清潔氣體流量很小。這些高壓清潔氣體經過相對較大的靜壓孔進入管道內時的流速很小，產生的差壓很小(一般可小于1Pa)，可以認為通過傳壓管測量的緩沖容器內的壓力等于管道內的靜壓。由于這少量高壓清潔氣體的流動，使得粉塵難以進入靜壓孔內，靜壓孔處不易積粉；當靜壓孔處萬一有積粉時，首先振動絲的撞擊可以將其撞落，或者由于積粉造成靜壓孔直徑減小，阻力增大，緩沖容器內的壓力升高，將積粉壓出靜壓孔。這樣就保證了靜壓孔不會堵塞。1-靜壓孔2-緩沖容器3-傳壓管4-限壓閥5-針孔6-撞擊絲7-過濾器8-吹掃管9-閥門10-定位塊11-強制吹掃管12-壓縮空氣管靜壓測點結構示意圖系統(tǒng)構成本系統(tǒng)主要由硬件、軟件兩部分組成，信號的產生、轉換、采集由硬件來完成，軟件完成數據的處理、計算、顯示等功能。硬件本系統(tǒng)的硬件組成圖參見附圖1，硬件主要包括防堵耐磨動壓探針、防堵靜壓測量裝置、微差壓變送器、數據采集板、I/O卡、計算機以及連接這些設備的傳壓管、信號電纜等。防堵耐磨動壓探針用來測量含塵氣流的動壓，采取了特殊的防堵、防磨措施，既避免了探針堵塞，又保證探針在含塵氣流中不易磨損。防堵探針的輸出的是差壓信號，該差壓與氣流的速度和濃度有關。本系統(tǒng)中采用由國電熱工研究院設計制造的DP-bef/406型防堵耐磨動壓探針。防堵靜壓測量裝置本系統(tǒng)中需要兩個防堵靜壓測量裝置，用來測量某一段管道的阻力和管道內靜壓，采用的靜壓測點經過特殊設計，可以防止堵塞；兩個靜壓測量裝置輸出的靜壓形成一個差壓，該差壓即測量管段的阻力，它與管道的阻力特性以及管道內的氣流速度、濃度有關。采用由國電熱工研究院設計制造的SP-bf/I型防堵靜壓測量裝置。熱電偶當由探針動壓計算氣流速度時，為了保證計算結果的準確性，需要對氣流密度進行修正，該溫度采用熱電偶在風箱上測量。其中，排粉機出口一次風聯箱內的氣流中含有粉塵，采用TP-ef/K型耐磨熱電偶以延長熱電偶的使用壽命。微差壓變送器將探針動壓和管道阻力的差壓信號轉換為電流信號。采用美國SetraC264型差壓變送器，探針差壓采用量程為5"WC(1244.6Pa)，管段阻力量程選為2.5"WC(622.3Pa)。二次風動壓全部采用量程為5"WC(1244.6Pa)。該差壓變送器的具體指標如表1。SetraC264型差壓變送器性能指標型號SetraC264測量類型微差壓壓力范圍5"WC(1244.6Pa)和2.5"WC(622.3Pa)精度(RSS方法±%FS)1.00溫飄(±%FS)100℃5.9(零點和滿量程綜合最大)測量介質空氣或惰性氣體輸出4~20mA數據采集板將測量的防堵探針動壓、管道阻力數據轉換為數字信號并送往計算機。采用英國Solartron公司的IMP35951C型，該采集板已在我院設計的近百項其他在線監(jiān)測系統(tǒng)工程中成功應用，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，精度高。具體性能指標參見表2。Solartron35951CIMP性能指標型號35951C通道數量20A/D轉換分辨率16位通訊距離1000米數據傳送速率163kBit/s輸入信號V，mV，mA，熱電偶MTBF>60000小時I/O卡接口卡完成數據采集板和計算機之間的通訊。選用Solartron公司與IMP數據采集板配套的35954B型PCtoS-Net接口卡。計算機利用防堵探針測量得到的氣流動壓計算含塵氣流的流量，通過靜壓測點測量的管道阻力與含塵氣流的流量、濃度之間的關系，對所有測量數據進行計算，得到氣流的流量、濃度，并送往顯示系統(tǒng)進行顯示。本系統(tǒng)采用臺灣Advantech工業(yè)控制計算機，抗干擾能力強，可靠性高。軟件軟件主要包括三部分：操作系統(tǒng)、輸入輸出卡接口程序、監(jiān)測程序，三者協調工作，完成數據采集、處理、計算、顯示。操作系統(tǒng)為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了以WindowsNT為內核的MicrosoftWindows2000操作系統(tǒng)，在保證穩(wěn)定的同時，又具有一定的易用性。IMP輸入輸出卡接口程序IMP數據采集板和計算機之間的通訊由I/O(輸入輸出)卡完成，公司提供了該卡的Windows接口程序，為一動態(tài)連接庫文件，它包含了數個接口函數，涵蓋了IMP的常用功能；程序運行過程中，調用這些接口函數，向IMP發(fā)送命令或參數，或從IMP讀取數據或參數。監(jiān)測程序一次風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測程序，采用MicrosoftVisualBASIC6.0編制，運行在MicrosoftWindows2000環(huán)境下，同時需要數據采集卡I/O動態(tài)連接庫的支持。數據的采集、處理、顯示是本程序的基本功能，程序從IMP讀取一組測量數據，包括探針動壓、管道阻力、氣流溫度等參數，計算得到一次風粉速度和濃度，并在顯示器上以多種形式顯示測量結果。本程序還可通過串口COM1發(fā)送數據到外接的設備。還可以顯示個測量通道的測量值，以供系統(tǒng)診斷之用。本程序的主要輔助功能均設在“管理菜單”窗口中，確認密碼后，顯示管理菜單，主要有如下功能：參數設置：更改系統(tǒng)參數以及數據采集板通道和測量參數的對應關系，包括“標定系數”、“阻力濃度修正系數”、“變送器量程”等等，該功能只有系統(tǒng)管理員和調試人員可以使用；密碼設置：確認權限后，更改用戶的密碼或權限，該功能只有系統(tǒng)管理員可以使用；退出程序：退出程序。系統(tǒng)功能本系統(tǒng)的主要功能是在線測量探針差壓和管道阻力，計算出各一次風管內的氣流速度和煤粉濃度，并以多種形式顯示出測量計算結果。數據顯示主畫面如圖4所示，將一次風管道內的氣流速度和煤粉濃度以直觀的柱狀圖顯示出來，柱狀圖的下方即時顯示當時的測量值。還可以顯示各參數的趨勢圖，及各層一次風燃燒器的切圓圖。風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)主畫面通道數據顯示顯示數據采集板各個通道的采集數據，以供系統(tǒng)診斷使用。測量差壓信號的通道顯示值為1~5V的電壓信號，1V對應0Pa，5V對應變送器量程；測量溫度的通道顯示實際測量的溫度值。歷史數據查詢風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)可以保存30天以內的歷史數據，可以在本程序調出進行查詢，也可以通過數據轉換程序將數據文件轉換EXCEL可以讀取的CSV文件，然后在EXCEL中對數據進行處理。設置標定數據和運行參數調試人員可以通過此功能將試驗得到的系統(tǒng)參數輸入程序，主要包括當地大氣壓力、煤粉管道直